EL HOMBRE ES UN ESCLAVO DEL AGUA

NIÉGUESELE A un hombre su alimento y podría vivir durante días. Pero, quítesele el agua y la muerte sobrevendrán en término de horas. Solo la falta de aíre lo aniquilaría más pronto.

No es de sorprenderse, pues, que mucho antes de que el primer cavernícola descubriera que él podía dejar huella de su presencia mediante toscos grabados en la pared de su cueva, el agua haya sido el impulso vital de todas las civilizaciones.

Ciertamente, las cantidades de agua que nuestro cuerpo necesita para subsistir, son relativamente pequeñas si se la comprar con su peso; algo así como 2.50 litros por día en una persona moderadamente activa y que habite en un clima templado. Pero cada proceso fisiológico se halla tan ligado a la presencia de esta cantidad de agua, que no hay verdad más grande que la expresión de que toda la vida depende del agua. El agua constituye una gran parte de la protección del embrión antes de su nacimiento, de la regulación de la temperatura del cuerpo, de la respiración, del funcionamiento de las glándulas, la digestión, y de lubricación de las articulaciones.

Cuando falta el agua para realizar los procesos fisiológicos, el hombre pierde su apetito, desnutriéndose e incapacitándose hasta que la muerte sobreviene.

A más de las demandas del cuerpo, existen otras imperiosas necesidades que exigen adecuado abastecimiento de agua. Los alimentos que la tierra produce dependen del agua tanto para su crecimiento como para alcanzar su condición nutritiva, ya que los minerales del suelo deben primero ser disueltos antes de que las plantas los puedan utilizar.

Una buena parte de las proteínas y de los carbohidratos que el ser humano necesita, proviene de la vida animal, ictiológica y vegetal que se desarrolla únicamente cerca de o en los océanos, lagos y ríos. Se encuentran, además, los animales cubiertos de piel que el hombre primitivo utilizó para confeccionarse sus rudimentarios abrigos que utilizaba para protegerse contra las inclemencias del tiempo y que la mujer de hoy mira como indumentaria representativa de una cierta condición social.

Y también ha sido a lo largo de las rutas fluviales naturales que el hombre se ha desplazado desde tiempos remotos tras el afán se extender su cultura y obtener más y más del primitivismo bajo su dominación.

Basta con observar las ciudades más grandes de América y relacionar cada una de ellas con el océano, con un lago o con algún río, para tener que aceptar que, a pesar de nuestra habilidad para conquistar el tiempo, la distancia y el espacio, somos aún vasallos de una sustancia superior, el agua.

Nuestro asombro ante el más esencial de los minerales de la tierra, que el hombre ha aprendido a utilizar en sus estados líquidos, de vapor y sólido, nos lleva hasta el corazón mismo de nuestro culto religioso. La biblia abunda en testimonios que destacan la importancia del agua y su participación en el modo de vida establecido por el Ser Supremo.

En las civilizaciones paganas que antecedieron ante la era Cristiana, el agua fue también la suprema fuerza. Las excavaciones de ruinas en la India, que datan de 5,000 años atrás, han revelado la existencia de sistemas de abastecimiento de agua y de avenamiento tan completos, que incluían piscinas y baños de uso público.

Casi al mismo tiempo en Egipto se había construido la primera represa conocida en el mundo para el almacenamiento de agua, destinada a usos doméstico y de riego: una estructura de enrocamineto de 12 metros de altura y 108 metros de largo. Los granjeros de Arabia utilizaron los cráteres de volcanes extinguidos para que se constituyeran en el depósito de almacenamiento de agua de riego y excavaron pozos profundos para obtener su agua potable.

El sabio Rey Salomón ganó fama imperecedera con sus decisiones como magistrado, pero su sabiduría también se concentró en la construcción de acueductos.

Hipócrates, el vetusto griego que a través de los siglos ha sido reconocido como el padre del movimiento de salud pública y creador del juramento que aún hoy hacen los médicos que empiezan a ejercer su carrera, advirtió los peligros del agua contaminada y previno las necesidades de filtrar y hervir la que se utilizara para beber.

En los lugares que se han satisfecho la de manda de agua pura para beber, el desarrollo nacional y el nivel de vida han aumentado. En los que esa meta no se ha logrado, el desarrollo se ha retrasado y el nivel de vida permanecido bajo.

Hoy día, el agua inadecuada o peligrosa representa uno de los más formidables obstáculos al desarrollo de la nación y a la mejora del nivel y de vida en cualquier parte del mundo.

Fuentes de Agua de Utilización Humana

Solo hay dos fuentes de agua a disposición del hombre, a saber: las de la superficie, que comprenden los lagos, ríos, áreas de drenaje que envían el agua hacia los embalses y los procedimientos que permiten captar y retener el agua de lluvia: y las subterráneas, que incluyen los pozos, manantiales y a galerías horizontales.

En realidad, como veremos, las fuentes superficiales y las subterráneas no siempre están separadas. Lo que en cierto lugar es agua de superficie, puede convertirse en agua subterránea en otro, pudiendo a su vez emerger de nuevo como agua superficial en un tercer sitio. Esto es posible por las interconexiones hidráulicas que existen.

Siempre ha sido más fácil comprender las fuentes de superficie, puesto que se las puede ver y observar. Es alrededor del agua subterránea que se ha creado una aureola de misterio, de superstición y teorías infundadas, que todavía persiste, más que nada, porque no se ha dispuesto de maneras rápidas de disiparla.

Digna de mención es la persistencia aún hoy día del uso de la más antigua y poco confiable práctica de exploración de agua, “la hechicería del agua “. Remontándose a los tiempos bíblicos, aparecen muchas veces en la biblia la idea aún muy arraigada en la mente popular, de que mediante a una varita mágica bifurcada, se puede utilizar agua subterránea. La creencia en este método de localizar agua, se ha mantenido a través de los años, no obstante que no tiene ni la más ligera base científica. Diversas publicaciones contienen mucho material referente a la hechicería del agua, por lo que no la comentamos más.

Agua Subterránea

El agua contenida en la zona de saturación, es la única parte de toda el agua del subsuelo de la cual se puede hablar con propiedad como agua subterránea. La zona de saturación, puede asimilarse a un gran embalse natural o sistema de embalses cuya capacidad total es equivalente al volumen conjunto de los poros o aberturas de las partículas rocosas que se hallan llenas de agua.

El agua subterránea se encuentra en forma de un solo cuerpo continuo o también en extractos separados.

El espesor de la zona de saturación varía desde unos pocos metros hasta varios cientos. Los factores que determinan su espesor son tales como: la geología local, la presencia de poros o intersticios en las formaciones, la recarga y el movimiento o desplazamiento del agua desde las áreas de recarga hasta las de descarga.

Factores de la infiltración

Tal como se deduce de la explicación del ciclo hidrológico, la generación de agua subterránea viene a ser el resultado de la infiltración producida a través del suelo y por ríos y lagos, los que a su vez reciben el agua mediante la precipitación de lluvia, nieve, granizo, rocío y escarcha.

En algunos lugares, los depósitos de agua subterránea se recargan rápidamente por la lluvia que cae en terrenos que yacen por encima de aquellos. En otros sitios en que el nivel del agua de ríos y lagos de halla más alto que la superficie freática y su lechos son permeables, el deposito es recargado por esos cuerpos líquidos. Cuando una corriente o un tramo de esta brinda su contribución de agua a la zona de saturación, se dice que es una corriente afluente respeto del agua subterránea. Si por el contrario el agua subterránea se halla a una elevación superior a la de un río y percola hacia este, se dice que la corriente es efluente de aquella.

La razón de recarga de un depósito de agua subterránea depende del régimen de precipitación, de la escorrentía superficial y del caudal de los ríos. Depende entonces también de la permeabilidad del suelo y de los materiales a través de los cuales debe percolar para al casar la zona de saturación.

La oportunidad de infiltrar depende en gran parte de la condición del suelo, de su contenido de humedad, de la duración de la lluvia y del patrón de drenaje de la hoya. Así mismo la pendiente de la superficie constituye un factor importante, puesto que las muy inclinadas, favorecen la escorrentía superficial y si son menos fuertes retienen por más tiempo el agua, favoreciendo la infiltración.

Una lluvia moderada de larga duración favorece la infiltración. Las lluvias intensas, en general, saturan muy rápidamente el suelo y gran parte de ellas se convierten en escorrentía superficial

POROSIDAD

La porosidad de un acuífero es aquella parte de su volumen que consiste de aberturas o poros, o sea, la proporción de su volumen no ocupada por material sólido. La porosidad es un índice que indica cuánta agua puede ser almacenada en el material saturado. La porosidad se expresa generalmente como un porcentaje del volumen bruto de material. Por ejemplo, si un metro cúbico de arena contiene 0.30 metros cúbicos de espacios abiertos o poros, se dice que su porosidad es de 30 por ciento.

Aunque la porosidad representa la cantidad de agua que un acuífero puede almacenar, no nos índica cuánta de aquélla agua puede ceder.

Cuando un material saturado drena agua mediante la fuerza de la gravedad, únicamente cede una parte del volumen total almacenado en él. La cantidad de agua que un volumen unitario del material deja escapar cuando se le drena por gravedad, se denomina rendimiento específico.

Aquella parte del agua que no se pude remover por drenaje gravitacional, es retenida, contra la fuerza de la gravedad, por capilaridad y atracción molecular. La cantidad de agua que un volumen unitario de material retiene cuando se somete a drenaje por gravedad, se denomina retención específica. Tanto el rendimiento específico como la retención específica se expresan como fracciones decimales o porcentajes. El rendimiento específico sumado a la retención específica, es igual a la porosidad.

Si se drena 0.10 metros cúbicos de agua de un metro cúbico de arena saturada, el rendimiento específico de ésta es de 0.10 o 10 por ciento. Si asumimos que la porosidad de la arena es de 30 porciento, entonces su retención específica es de 0.20 o sea 20 porciento.

Un acuífero freático que se extienda sobre un área de 20 millas cuadradas, con un espesor promedio de 40 pies ocupa un volumen de 22.3 millones de pies cúbicos.

Si su porosidad es de 25 por ciento, este depósito de agua subterránea, contendrá en sus poros 5.6 millones de pies cúbicos de agua subterránea. Si el rendimiento específico del material fuera de un 10 por ciento y se drenaran los 5 pies superiores del acuífero, al abatir éste es una cantidad igual, el rendimiento total que este depósito daría sería de unos 280 millones de pies cúbicos de agua.

Esta cantidad de agua sería suficiente para alimentar a 4 pozos que se estuvieran bombeando a 700 galones por minuto continuamente, durante 12 horas al día y a través de 1042 días, lo que equivale a casi tres años. Esta extracción por bombeo estaría garantizada por la cantidad de agua subterránea almacenada en los 5 pies superiores del acuífero con ausencia total de recarga durante ese período de 3 años.

Este ejemplo tan sencillo nos muestra cómo la función de almacenamiento que desarrolla un acuífero hace posible la utilización del agua subterránea a razón constante aunque la recarga de aquél sea intermitente e irregular. En este aspecto, los depósitos subterráneos pueden resultar más eficientes que los embalses superficiales dados su enorme capacidad.

Permeabilidad

La propiedad de una formación acuífera en lo referente a su función transmisora o de conducto, se denomina permeabilidad. La permeabilidad se define como la capacidad de un medio poroso para transmitir agua. El movimiento del agua de un punto a otro del material tiene lugar cuando se establece una diferencia de presión o carga entre dos puntos. La permeabilidad se puede medir en el laboratorio anotando la cantidad de agua que fluye a través de una muestra de arena en un tiempo dado y bajo una diferencia determinada de presión.

Henri Darcy fue el ingeniero francés que investigó el flujo de agua a través de lechos filtrantes de arena y publicó sus hallazgos en 1856. Sus experimentos demostraron que el flujo de agua a través de una columna saturada de arena, es proporcional a la diferencia de las cargas

hidrostáticas en los extremos de la columna e inversamente proporcional a la longitud de la misma. Esto es lo que se conoce como la ley de Darcy.

Aún hoy en día continúa en uso como el principio básico que gobierna el flujo de agua subterránea.

Su expresión matemática es la siguiente:

V=Ph1−¿h2

I¿

En la cual V es la velocidad de flujo, ( h1-h2 ) es la diferencia de cargo hidráulica. I es la distancia a lo largo de la trayectoria de flujo entre los puntos en donde se mide h1 y h2 y P es una constante que depende de las características del material poroso a través de cual tiene lugar el flujo de agua.

Por definición, la diferencia de carga hidráulica ( h1-h2 ) dividida por la distancia, I, a lo largo de la trayectoria del flujo, es el gradiente hidráulico, I, de tal modo que

V=P I .

Generalmente, la cantidad de flujo o caudal es de mayor interés para nosotros que la velocidad, por lo que la ley de Darcy se puede escribir en forma más conveniente mediante la expresión:

Q=AV=P I A

En la cual A es el área de la sección transversal a través de la cual se desplaza el agua y Q es

el volumen de agua por unidad de tiempo, o caudal, en por ejemplo, metros cúbicos por día.

En las ecuaciones anteriores, P se denomina el coeficiente de permeabilidad del material poroso. Su magnitud depende, en el caso de una formación no consolidad, del tamaño y

acomodo de las partículas, y del tamaño y carácter de la superficie de hendeduras, fracturas o aberturas por disolución, en una formación consolidada.

Asimismo, pueden cambiar según varíen las anteriores características. El coeficiente de permeabilidad viene hacer la cantidad de agua que puede fluir a través de una sección transversal de área unitaria dentro de un material poroso, por unidad de tiempo y bajo un gradiente hidráulico de 1.00 ( 100 por ciento ) a una temperatura dada.

Por ser de uso más práctico en problemas de pozos, P se expresa como el flujo en galones por días a través de una sección transversal de un pie cuadrado de material acuífero y bajo un gradiente hidráulico de 1.00 a la temperatura de 60ºF. La unidad de permeabilidad expresada con estas dimensiones se denomina una unidad Meinzer, en memoria del Dr. O. E. Meinzer, del servicio Geológico de los Estados Unidos.

El coeficiente de permeabilidad también puede expresarse en el sistema métrico utilizando unidades tales como litro por día por metro cuadrado bajo un gradiente hidráulico de 1.00 y a la temperatura de 15.5ºC.

El término “permeabilidad” es utilizado por muchas personas en lugar del coeficiente de permeabilidad.

Ya hemos dicho que el flujo de un punto hacía otro está siempre relacionado con la diferencia de presión que exista entre ambos puntos. Esta diferencia de presión es el resultado de la resistencia por fricción que se desarrolla entre los poros del material cuanto tiene lugar el flujo. El gradiente hidráulico es la perdida de carga expresada en metros de agua por cada metro de longitud de trayectoria a través del material.

La ley Darcy nos expresa que en flujo dentro de una arena saturada varía directamente con el gradiente hidráulico. Si el gradiente hidráulico ( perdida de carga por metro de longitud de la trayectoria ) se duplicara, el flujo a través de una arena dada también se duplicaría. Ello significa que para duplicar la razón de flujo en una arena dada, se hace necesario duplicar la magnitud del gradiente hidráulico.

El tipo de flujo líquido descrito mediante la ley de Darcy, se conoce como flujo laminar. El agua que fluye a través de tubería puede tener régimen laminar a velocidades bajas, pero por lo general circula bajo condiciones conocidas como turbulentas. En el régimen del flujo turbulento el caudal no varía en proporción directa con el gradiente hidráulico, pues al publicar la magnitud de éste, solamente aumenta el caudal una y media veces.

La pendiente de la superficie freática o la de la superficie piezométrica constituye el gradiente hidráulico bajo el cual se manifiesta el flujo subterráneo. El caudal total que pasa a través de un sección transversal vertical de acuífero se puede calcular si se conocen su espesor, su ancho, su coeficiente promedio de permeabilidad y magnitud del gradiente hidráulico en la sección. El flujo, q, a través de cada metro de ancho de la sección viene dado por:

q=Pm I

Expresión en la cual P es el coeficiente promedio de permeabilidad del material desde el límite superior hasta el fondo del acuífero, m es el espesor de éste y I es el gradiente hidráulico.

En 1935, C. V. Theis puntualizo la conveniencia de utilizar el producto de P por m para representar así en un solo término la capacidad transmisora de agua de todo el espesor del acuífero. Así se introdujo el término coeficiente de transmisividad, que se define como la razón de flujo en metros cúbicos por día a través de una sección transversal vertical de acuífero, cuya altura es igual a su espesor y cuyo ancho es de un metro. La temperatura involucrada en esta definición es igual a la temperatura prevaleciente del agua en el acuífero.

Cuando el coeficiente T de transmisividad se introduce en la ecuación de Darcy, el flujo a través de cualquier sección transvasar vertical de acuífero viene expresa por:

Q=T IW

En la cual T es el coeficiente de transmisividad, I es el gradiente hidráulico y W es el ancho de la sección vertical a través de la cual tiene lugar el flujo.